JP3885058B2 - Plant growth analysis system and analysis method - Google Patents
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Description
本発明は、植物の成育の過程における様子の変化を解析するためのシステムに関する。 The present invention relates to a system for analyzing changes in appearance during the process of plant growth.
従来、植物の遺伝子機能解析においては、遺伝子配列のなかで、注目する遺伝情報を変更したものを、環境条件(例えば日照時間など)を変化させ、成育の観察を行い、成育過程における形態の変化の違いや成長後の植物個体の葉や全体の形状や葉や根などの色の違いなどを計測し、その結果から遺伝子の機能を特定するといった遺伝子の機能解析が進められている。 Conventionally, in gene function analysis of plants, changes in the genetic information of interest in the gene sequence are changed by changing environmental conditions (for example, sunshine duration), observing the growth, and changing the form during the growth process The functional analysis of genes, such as measuring differences in leaves, the leaves and the overall shape of plants after growth, and differences in colors such as leaves and roots, and identifying the function of the genes from the results, is being promoted.
近年、植物の膨大な遺伝子情報が解明され、得られた膨大な遺伝子情報に対する機能解析が進められている。このためには、成育過程における形状や色の違いや変化の様子について、人間の目では判別が困難な小さな変化までも含めた成育過程の全てに対して、網羅的にもれなく計測を行うことが重要となっている。 In recent years, enormous genetic information of plants has been elucidated, and functional analysis on the enormous gene information obtained has been advanced. For this purpose, it is necessary to comprehensively measure all the growth processes, including small changes that are difficult for the human eye to discern, in terms of shape and color differences and changes in the growth process. It is important.
従来、成育過程の計測にあたり、遺伝子情報と環境条件を変化させた際の成育過程の観察を、例えば1日に一回もしくは数日に一回という一定の間隔での計測作業により実施している。人手による計測の場合においては、観察対象の注目する個所、例えば根の長さや葉の大きさや生え方の角度など定量化が容易なものについての成育記憶を実施する。その際、通常1日やそれ以上の間隔といった長期間の間隔での計測を行い、大きな変化に着目した計測方法を行っている。実際にこうした方法による実験による研究が進められ、その結果は、論文や学会での発表といった形で公開されている。 Conventionally, in the measurement of the growth process, the observation of the growth process when the genetic information and environmental conditions are changed is carried out by measuring work at regular intervals, for example, once a day or once every several days. . In the case of manual measurement, a growth memory is carried out for a portion to be observed that is easy to quantify, such as the length of a root, the size of a leaf, and the angle of growth. At that time, measurement is performed at long intervals such as one day or more, and a measurement method focusing on a large change is performed. In fact, research by experiments using these methods is underway, and the results are published in the form of papers and presentations at academic conferences.
自動的に生育の記憶を行う方法として、カメラを使った画像による監視装置がある。特許文献1(特開平6−138041)では、植物の生育状態の良否を監視するための装置が提案されている。この装置では、カメラを用いて苗の生育の状態を画像で取り込み、取り込んだ画像を評価し、生育状態の良・不良の判別を自動的に行う。 As a method for automatically storing growth, there is an image monitoring device using a camera. Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-138041 proposes an apparatus for monitoring the quality of plant growth. In this apparatus, the state of seedling growth is captured as an image using a camera, the captured image is evaluated, and the quality of the growth state is automatically determined.
なお、カメラを使った自動記憶装置として、撮影の対象分野は異なるが、不審者や不審物を監視する分野がある。この監視の分野においては、不審者や不審物の判定を行うことを目的として、監視の対象となるエリアを一定間隔もしくは連続にカメラを使って画像を取り込み、取込み時間の隣り合う数枚の画像間の差分情報を画像処理により評価を行い、変化があった時点で警告を行う装置として提案がされている。 As an automatic storage device using a camera, there is a field for monitoring a suspicious person or a suspicious object, although the target field of photographing is different. In this monitoring field, for the purpose of determining suspicious persons and suspicious objects, images are captured using a camera at regular intervals or continuously in the area to be monitored, and several images with adjacent capture times are captured. It has been proposed as a device that evaluates difference information between them by image processing and issues a warning when there is a change.
監視装置の提案として特許文献2(特開平11−110530号公報)がある。これでは、時系列に取り込んだ画像間の変化を評価し、その評価値に基づき画像の記憶間隔を動的に変化させ、画像の記憶容量を少なくすることを提案している。こうした監視装置においては、形状変化を評価するために扱う画像は取込み時間の前後する2枚もしくは数枚の画像を評価するため、数時間や数分といった比較的短時間における取込み画像を使うため、カメラの動作誤差やカメラを固定している台や装置自体の振動などによる対象のアングル変化の影響を受けることは少ない。 There exists patent document 2 (Unexamined-Japanese-Patent No. 11-110530) as a proposal of a monitoring apparatus. In this method, changes between images captured in time series are evaluated, and the storage interval of images is dynamically changed based on the evaluation value to reduce the storage capacity of images. In such a monitoring device, the image to be processed for evaluating the shape change evaluates two or several images before and after the capture time, and uses the captured image in a relatively short time such as several hours or several minutes. It is unlikely to be affected by changes in the angle of the subject due to camera operating errors, the table that holds the camera, or the vibration of the device itself.
上述の特許文献1の成育監視装置では、あらかじめ分かっている植物の成育過程と比較を行い、あらかじめ分かっている成育状態と比べた成育状態の良・不良を判別することが提案されている。
In the growth monitoring apparatus of the above-mentioned
また、非特許文献1−5では、植物体を栽培する容器を搬送し、次々とカメラの前に取り出し画像を取り込む装置が提案されている。 Further, Non-Patent Documents 1-5 propose an apparatus that conveys a container for growing a plant body, and sequentially takes out images before the camera.
さらに、特許文献3(特開2003−50996号公報)では、撮影する際に植物体を栽培する容器に、位置検出用のマークを取りつけ、撮影した画像内のマーク位置を検出し、その物理位置を基準として画像の補正を行うことを提案している。 Furthermore, in patent document 3 (Unexamined-Japanese-Patent No. 2003-50996), the mark for position detection is attached to the container which grows a plant body when image | photographing, the mark position in the image | photographed image is detected, and its physical position It is proposed to correct the image based on the above.
植物の生育過程の情報をもれなく取得するためには、従来の人の手による観測方法では、植物の成育過程における微小な違いや変化を見逃す可能性がある。さらに加えて、人手による作業が主体では膨大な量の遺伝情報に対して機能解析を進めることは大変時間がかかり、その解析にかかる人件費コストも膨大なものになる。 In order to obtain all the information on the growth process of plants, there is a possibility that a small difference or change in the growth process of plants may be overlooked by the conventional observation method by a human. In addition, it is very time consuming to perform functional analysis on a large amount of genetic information if the work is mainly manual, and the labor cost for the analysis is also enormous.
これらの課題に対する解決方法として、カメラを用いた画像取得装置が提案され、画像取得装置を用いて成育の記憶を行い、集めた画像をもとに、成育過程における形状計測を行うという方法が提案されている。 As a solution to these problems, an image acquisition device using a camera has been proposed, and a method of storing growth using the image acquisition device and measuring the shape in the growth process based on the collected images is proposed. Has been.
特許文献1の成育監視装置では、成育状態の良・不良を判別するだけであり、成育状態のどこが悪いのかといった情報を取得することは不可能である。
In the growth monitoring device of
本発明においては、複数の植物体の成育画像の撮影において、最適な撮影環境を提供することを実現している。その一方で、植物体の搬送機構において、成長に従って形状が大きく変化するイネなどの植物体の観察を実施する際、搬送機構の動作が一定となっているため、栽培期間をずらして観察するような場合、形状が大きなサンプルや小さなサンプルを一度に搬送する場合、植物体が重なったりしないためには、大きな形状のサンプルに合わせて搬送動作を行う必要があるが、これでは小さな植物体では、サイズが大きくなってしまい、搬送機構のスペースに無駄が発生する。 In the present invention, it is possible to provide an optimal shooting environment in shooting of growth images of a plurality of plants. On the other hand, when carrying out observation of plants such as rice whose shape changes greatly with growth in the plant transport mechanism, the operation of the transport mechanism is constant, so that the cultivation period is shifted and observed. If a large sample or a small sample is transported at one time, it is necessary to perform a transport operation according to the large shape sample so that the plants do not overlap. The size becomes large, and the space of the transport mechanism is wasted.
このことは、未知の遺伝子機能の解析を行う際、成育の様子が全く未知の植物体を観察する場合にも当てはまり、植物体を成育させたところ、想定していた以上に植物体が極端に大きく成長した場合、その状況を人が確認するまで、搬送動作が想定値のままで動作するため、人が状況を確認し、最適な画像の取得のための搬送動作の変更を行う必要が出てくる。従って、成育解析のための画像取得装置の完全な自動化はこれらの方式では困難である。 This is also true when observing a plant whose growth is completely unknown when analyzing an unknown gene function, and when the plant is grown, the plant is extremely larger than expected. If it grows large, the transport operation will continue at the expected value until the person confirms the situation, so it is necessary for the person to check the situation and change the transport operation to obtain an optimal image. Come. Therefore, complete automation of the image acquisition device for growth analysis is difficult with these methods.
植物の成育過程の解析を行うためには、多数の植物体の成育過程の画像取得を行い、取得したさまざまな植物体の成育画像の比較を行う必要がある。比較を行う上で重要な点は、撮影時の植物体の成育変化以外の要因、例えば、形状の計測を行うためには、カメラと植物体との撮影の物理的な位置関係の条件は観察期間中、常に一定であることが計測精度を高いレベルで保つために非常に重要な項目である。 In order to analyze the growth process of plants, it is necessary to acquire images of the growth processes of many plants and to compare the acquired growth images of various plants. An important point for comparison is that factors other than the growth change of the plant body at the time of shooting, for example, to measure the shape, the condition of the physical positional relationship between the camera and the plant body is observed. It is an extremely important item to keep the measurement accuracy at a high level that it is always constant during the period.
この課題に対して、本発明においては、搬送機構の動作中に発生する搬送機構の動作の誤差により生ずるカメラと植物体の物理的な位置関係のずれに伴う計測上の誤差要因を、取得した画像を用いて画像間の位置関係を補正することで低減し、計測精度を高めることを実現している。先の特許文献1の成育監視装置では、取得した画像のみの処理で実現できるが、遺伝子解析への応用を考える場合、非常に膨大な量の植物体の画像取得が必要となり、多数の画像取得装置を用いた画像取得を行うことが必要になる。こうした場合、成育解析のために他のサンプルとの正確な比較を行う際には、画像間でのカメラと植物体の物理位置あわせを厳密にするため、画像取得時の動作を高精度に行うことが重要である。
In response to this problem, in the present invention, a measurement error factor associated with a deviation in the physical positional relationship between the camera and the plant caused by an error in the operation of the transfer mechanism that occurs during the operation of the transfer mechanism has been acquired. This is achieved by correcting the positional relationship between the images using the image, thereby improving the measurement accuracy. The growth monitoring device of the above-mentioned
本発明の目的は、植物をはじめとする生物の時間経過を踏まえた生育過程の変化を、従来の人手での計測や、単なる監視装置の応用では困難となる数週間から数ヶ月以上という長期間の生育過程を微小な変化まで、安定して画像情報として記憶することが出来る遺伝子機能解析のための画像取得装置による植物成育解析システムを提供するとともに、取得した画像を用いた成育解析を効率よく行うための解析方法を提供することである。 The object of the present invention is to change the growth process based on the passage of time of organisms including plants, for a long period of time from several weeks to several months, which becomes difficult by conventional manual measurement or application of a simple monitoring device. We provide a plant growth analysis system with an image acquisition device for gene function analysis that can stably store the growth process of plants as image information up to minute changes, and efficiently perform growth analysis using acquired images It is to provide an analysis method for performing.
本発明の植物成育解析システムにおいては、多数の観察対象をカメラの前を繰返し通過するように搬送する機構の動作検出手段と、カメラにより取得した画像を用いた搬送機構の動作誤差を検出する手段と、検出した搬送機構の誤差量を搬送機構に反映して動作を修正できるような搬送制御手段を備え、長期間にわたる植物体の成育過程を画像情報に記憶し、成育の形状変化の計測を高精度に実行することを特徴とする。 In the plant growth analysis system of the present invention, an operation detecting means for a mechanism for conveying a number of observation objects so as to repeatedly pass in front of the camera, and a means for detecting an operation error of the conveying mechanism using an image acquired by the camera And transport control means that can correct the operation by reflecting the detected error amount of the transport mechanism to the transport mechanism, store the growth process of the plant over a long period in the image information, and measure the growth shape change It is characterized by being executed with high accuracy.
本発明によれば、長期間にわたる植物をはじめとする生物の時間経過を踏まえた時系列の形状変化に対する大きさや色などさまざまな計測を、高精度なレベルで実施することができる画像の取得が可能となる。 According to the present invention, it is possible to acquire an image capable of performing various measurements such as a size and a color with respect to a time-series shape change based on a time course of organisms including plants over a long period of time with a high accuracy level. It becomes possible.
さらに、取得した画像の効率よい解析の方法を提供し、生物の遺伝子機能解析における、微小な変化も含めた解析のための手法を提供することができる。 Furthermore, it is possible to provide a method for efficient analysis of acquired images, and to provide a technique for analysis including minute changes in the genetic function analysis of organisms.
また、画像の取得において、観察対象の大きさがさまざまな生物に対しても、大量の成育の画像を効率よく取得することができる。 In addition, when acquiring images, it is possible to efficiently acquire a large amount of growth images even for organisms with various sizes of observation targets.
以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。実施例1では被観察植物が試験管内で成育するような小さな植物体への適用を説明し、実施例2では被観察植物が1m以上に成育するような植物体への適用を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In Example 1, the application to a small plant body in which the plant to be observed grows in a test tube will be described. In Example 2, the application to a plant body in which the plant to be observed grows to 1 m or more will be described.
(実施例1)
図1は、本発明システムの機能ブロックを示す図である。
Example 1
FIG. 1 is a diagram showing functional blocks of the system of the present invention.
本発明の植物成育解析システムは、画像取得装置制御部1、画像を取得するための画像読取部5、画像読取部制御部6、撮影時の照明として用いるための光照射手段7、光照射手段制御部8、複数の植物体の搬送を行うための搬送機構9、搬送機構制御部10、搬送状態のモニタリングを行うための搬送機構移動量検出部11から構成される成育過程の画像を長期間にわたり取得するための画像取得装置100と、取得した画像を使って、さまざまな植物の成育の変化の比較を行うため、取得した画像に対して、形状変化の可視化や形状変化量の計測を行うための画像解析処理部201と解析結果を表示装置4で表示するためのデータに処理するための画像表示制御部202と解析した結果を保存するための解析結果記憶部3、解析結果の表示を行うディスプレイやプリンタなどの表示装置4とした画像解析部により構成する。
The plant growth analysis system of the present invention includes an image acquisition
画像取得装置制御部1には画像取得動作管理部101、画像一時記憶部104、画像処理部105、画像情報記憶部106、データ処理部102および搬送動作データ記憶部103が備えられる。画像取得動作管理部101はデータ処理部102から与えられる信号により、上述した画像読取部制御部6、光照射手段制御部8および搬送機構制御部10に制御信号を与える。画像読取部5が取得した画像信号は、画像一時記憶部104に保存され、画像処理部105により処理される。画像処理部105の信号は、データ処理部102に与えられるとともに、画像情報記憶部106を介して、上述した画像解析処理部201に送られ、所定の解析プログラムにしたがって解析される。また、搬送機構移動量検出部11から得られる信号は、データ処理部102に送られる。データ処理部102は搬送動作データ記憶部103と結ばれ、搬送機構の動作状況を記憶するとともに、搬送機構制御部10に与えるべきプログラム信号と搬送機構移動量検出部11から得られる信号に応じた、搬送機構制御部10への信号を画像取得動作管理部101へ送出する。
The image acquisition
このような画像取得装置と画像解析部の構成で、大量の植物の成育過程における成育の変化や植物体ごとの成育の違いを画像に取得・解析し、その結果を表示することが実現できる。それぞれの動作等は順次説明する。 With the configuration of such an image acquisition device and an image analysis unit, it is possible to acquire and analyze the change in growth in the growth process of a large amount of plants and the difference in growth for each plant in an image and display the result. Each operation will be described sequentially.
図2は、本発明システムを用いた植物成育解析の方法を示したフロー図である。 FIG. 2 is a flowchart showing a method of plant growth analysis using the system of the present invention.
はじめに、植物を栽培するための栽培容器に成育の解析を行いたい植物体の種子や芽を播種する(S001)。本システムでは、後述するように搬送機構制御部10が容器の大きさに合わせて、常に最適な撮影を実現できるよう、搬送量の自動制御を行っているため、容器の大きさに制限がない点が特徴である。次に、栽培容器を搬送機構9に取り付けを行う(S002)。取り付けが完了したら、画像取得装置100を起動する(S003)。準備が完了したら、まず、搬送機構9のテスト動作を行い、容器の取り付け状態をチェックする(S004)。このテスト動作とチェックには、手作業により実現は可能であるが、事前に定義したチェック用動作を実行し、その間の動作状態を搬送機構移動量検出部11の信号と画像処理部105の信号を用いて、監視することで、取り付けチェックの自動化も可能である。取り付けチェック(S004)のあと、取り付けの状態を判定(S006)し、取り付けが不完全であれば、取り付け状態を再チェック(S005)し、再度取り付けチェック(S004)を行い取り付けが完了するまで繰り返す。
First, seeds and buds of a plant body whose growth is to be analyzed are sown in a cultivation container for cultivating plants (S001). In the present system, as will be described later, the transport
取り付け判定(S006)が完了後、画像取得の開始の操作を行う(S007)。画像取得開始後、一定時間ごとに、植物体の画像の取得を行う。画像の取得間隔は数分に一回や数時間に一回など事前に指定し、成育解析の目的に合わせて自由に変更することが可能である。画像取得期間中は、一日に一度や一週間に一度という単位で植物個体の成育の状態をチェック(S008)し、画像取得の終了を判断する(S009)。この成育の状態チェックは、人間が取得した画像をチェックし判断する方法や、取得した画像を画像処理部105の信号によって、植物個体が容器一杯になっていることを自動的に判定し、終了とすることもできる。
After the attachment determination (S006) is completed, an operation for starting image acquisition is performed (S007). After the start of image acquisition, plant images are acquired at regular intervals. The image acquisition interval can be specified in advance, such as once every few minutes or once every several hours, and can be freely changed according to the purpose of the growth analysis. During the image acquisition period, the growth status of the plant individual is checked once a day or once a week (S008), and the end of image acquisition is determined (S009). This growth state check is performed by automatically determining that a plant individual is full by a method of checking and judging an image acquired by a human or a signal from the
画像処理部105の信号を用いて自動判定することで、画像取得の完全自動化が実現でき、効率よい画像取得ができるという効果がある。画像取得終了の判定後、終了操作(S010)を行い、取得した画像を用いて成育の解析を実施する(S011)。以上の作業フローにより、植物体の成育の画像取得から取得した画像を用いた成育解析までの処理を効率よく実施することが可能となる。
By performing automatic determination using the signal of the
図3は、本発明システムの一実施例の概略を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing an outline of an embodiment of the system of the present invention.
搬送機構9は、一例の詳細を後述するが、多数の栽培容器13をリング12に取り付けられて、搬送制御部10により回転制御される。これらの栽培容器13は、画像読取部5(図示しない)と画像読取部制御部6(図示しない)を収納して一体型となっているカメラ15の前に一時的に静止し、画像の読み取りが行なわれる。栽培容器13のそれぞれには、図では代表して一つの栽培容器13のみにしたが、後述する位置検出用マーク14が所定の位置に固定される。画像の読み取りは、観察対象の植物のみならず、位置検出用マーク14を一体として行う。この際、撮影用の照明として、上部に光照射手段7を設けている。本実施例のように、上部に照明用の光照射手段7を設置することで、栽培容器13の材質により発生する反射光の画像の映り込みを低減できるという効果がある。取得した画像の表示や解析結果の表示を行う表示装置4はパーソナルコンピュータ16に接続している。
The conveyance mechanism 9 will be described in detail later, but a large number of
本実施例では、パーソナルコンピュータ16上のソフトウエアにて、搬送機構制御や画像読取部制御を行う画像取得装置制御部1、画像解析部2および解析結果記憶部3を実現する。このようにソフトウエア処理にて実現できるため、装置構成がシンプルとなり、また柔軟にシステムの改変ができるという効果がある。
In this embodiment, the software on the
図4A、図4Bは、画像取得装置制御部1の処理概要を示す図である。
4A and 4B are diagrams illustrating an outline of processing performed by the image acquisition
図4Aは実施例1の画像取得装置制御部の動作フローを示す図である。動作開始後、ユーザーが画像取得開始ボタン操作(S101)を行うと、ユーザーによる実験条件(画像取得条件)の設定を行うための表示を行う(S102)。この条件は、画像取得を数分に一度行うといった、取得時間間隔や、搬送機構に取りつけた植物体の数といった画像取得の動作に関するものである。条件入力(S102)後、装置の動作初期位置の復帰といった装置の初期化処理動作(S103)を行い、画像取得動作(S104)を開始する。この画像取得動作中は、条件入力(S102)の時に指定した時間スケジュールに従い、植物体の画像の取得を行う。画像取得の終了が判定されれば、終了動作を行い(S106)、画像取得が終了する。 FIG. 4A is a diagram illustrating an operation flow of the image acquisition device control unit according to the first embodiment. When the user performs an image acquisition start button operation (S101) after the operation is started, a display for setting an experimental condition (image acquisition condition) by the user is performed (S102). This condition relates to an image acquisition operation such as an acquisition time interval in which image acquisition is performed once every few minutes and the number of plants attached to the transport mechanism. After the condition input (S102), the device initialization processing operation (S103) such as the return of the operation initial position of the device is performed, and the image acquisition operation (S104) is started. During this image acquisition operation, the plant image is acquired according to the time schedule specified at the time of condition input (S102). If the end of image acquisition is determined, an end operation is performed (S106), and image acquisition ends.
図4Bは、実施例1の画像取得装置制御部1の操作盤の構成の一例を示す図である。この例では、パーソナルコンピュータ16上のソフトウエアによる実施例を示している。操作盤の表示画面1000は、画像取得操作の開始、中断、終了の操作ボタン1002の他に、テスト動作などのオプショナルな搬送機構動作も備えている。さらに、画像撮影回数や、撮影時刻などの画像取得の状態を表示する画像取得状態表示画面1001や搬送機構やカメラの異常発生時に警告を示すランプ1003や、搬送機構やカメラの動作状態の表示1004といった装置状態の表示画面を備えている。
FIG. 4B is a diagram illustrating an example of the configuration of the operation panel of the image acquisition
図5A、図5Bは、画像取得動作管理部101の説明図である。
5A and 5B are explanatory diagrams of the image acquisition
図5Aは実施例1の画像取得動作管理部101の機能ブロックを示す図である。画像取得動作管理部101は、画像取得動作(S104)における動作を実現する機能ブロックである。搬送機構制御部10や画像読取部制御部6などのシステムが制御する装置への制御を指示するための外部機器制御インタフェース部1010と、画像取得時間の管理を行うための画像取得パラメータ記憶部1013と、時間監視を行うためのタイマー1012と、搬送機構などの装置の制御量をデータ処理部102より取得する制御量取得部1015と、搬送の動作や画像取得のシーケンス動作の手順を記憶するシーケンス動作順記憶部1014と、シーケンス動作手順に従って外部機器に動作信号を順次送り出し画像取得動作を実行するシーケンス動作処理部1011とから構成されている。
FIG. 5A is a functional block diagram of the image acquisition
図5Bは実施例1のシーケンス動作順記憶部1014に記憶するデータテーブル1016の一例を示す図である。テーブル1016に示すように、画像取得に必要な搬送・画像取得の動作を、搬送機構に付いているモータなどの駆動部の制御や取り付けた栽培容器の数、撮影用照明制御など、システムに取り付けているすべての装置の動作順を順番に記憶している。この記憶部1014を持つ構成により、搬送機構の構成や栽培容器の個数に変更が発生した場合、この記憶部の内容を書き換えるだけで、シーケンス動作の変更ができるため、装置構成の変更が容易になるという効果がある。
FIG. 5B is a diagram illustrating an example of the data table 1016 stored in the sequence operation
図6は、実施例1の画像取得動作管理部101の処理動作フローを示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a processing operation flow of the image acquisition
画像取得動作開始後、撮影動作の開始時に動作終了の指示がないかどうかをチェック(S201)し、終了の指示があれば(S202)、撮影動作を終了する。動作の終了指示は、ユーザーが操作盤(図4B参照)にて終了操作(実験終了ボタンの押し下げ)を行ったとき、動作終了の信号を画像取得動作管理部101に送ることで行なわれる。次に、時間をチェック(S203)し、画像取得時刻であれば(S204)、画像取得シーケンス動作を開始する(S205)。シーケンス動作は、シーケンス動作順記憶部1014に従い、シーケンス動作処理部が、順番に外部機器への動作指示を行う。従って、シーケンス動作順を参照し(S206)、制御する制御機器を選択(S207)し、制御量取得部1015より機器の制御量を取得する(S208)。取得した制御量を外部機器制御インタフェース1010を通して、対象となる機器へ動作信号を出力し(S209)、装置を動作させる。装置の動作信号出力後、装置の動作が完了するまで待機し(S210)、その後、次のシーケンス動作順を読み取る(S211)。次のシーケンス動作があれば、再度動作を行い(S27)、シーケンス終了であれば次の画像取得動作時刻まで待機する(S201)。
After the image acquisition operation is started, it is checked whether there is an instruction to end the operation at the start of the shooting operation (S201). If there is an instruction to end the operation (S202), the shooting operation is ended. The operation end instruction is performed by sending an operation end signal to the image acquisition
図7A、図7Bは、実施例1の画像取得動作における搬送制御の補正処理動作と撮影動作の詳細を示す図である。 7A and 7B are diagrams illustrating details of the correction processing operation and the photographing operation of the conveyance control in the image acquisition operation of the first embodiment.
図7Aは実施例1の撮影シーケンスの動作の処理フローを示す図である。 FIG. 7A is a diagram illustrating a processing flow of the operation of the imaging sequence according to the first embodiment.
シーケンス動作順記憶部1014の記憶内容に従い、搬送機構9を動作させ、栽培容器13を画像読取部5を内蔵するカメラ15の画像読取位置に移動する(S301)。搬送した量を搬送移動量検出部11にて取得し(S302)、画像取得を行う(S303)。取得した画像内の栽培容器13に付加されている位置検出用マーク14を画像処理部105により検出し、マーク14の座標位置を特定する(S304)。検出した座標位置データをデータ処理部102で処理を行う(S305)。データ処理部102で、搬送位置が正常位置にあるかどうかを判定する(S306)。判定結果がNGの場合、正常位置との偏差を求め、正常位置に搬送するために必要な搬送量補正値を算出し(S307)、算出した補正量に応じて搬送機構9を動作させ、栽培容器13を移動させる(S308)。この動作を搬送位置が正常位置で停止するまで繰り返し動作させ、その都度栽培容器13の画像取得を行う(S303)。
In accordance with the stored contents of the sequence operation
栽培容器13が正常位置に搬送されたと判定された後に、一時記憶部104に記憶されている直前に撮影された画像に画像取得日時などの情報を付与し、画像情報記憶部106に保存する(S309)。このような方式により、搬送機構を用いる際に課題となっていた搬送動作時の動作誤差によるカメラと栽培容器の物理的な位置関係を高精度に保った画像の取得が可能となり、成育過程の計測を高精度に実現することが可能となる効果がある。
After it is determined that the
図7Bは実施例1の画像取得動作の処理フローを示す図である。 FIG. 7B is a diagram illustrating a processing flow of the image acquisition operation according to the first embodiment.
画像取得動作においては、搬送後に栽培容器13が揺れるなどの現象があるため、搬送後に数秒程度の待機を行う(S311)。撮影パラメータに基づいて、照明の点灯/消灯制御を行い(S312)、画像の読取を行う(S313)。読み取った画像データは、一時記憶部104に転送し保存する(S314)。
In the image acquisition operation, there is a phenomenon such as the
図8は、実施例1の搬送機構9および搬送機構動作量検出部11の構成を示す図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating the configuration of the transport mechanism 9 and the transport mechanism operation
実施例1では、搬送機構9は図に示す矢印方向に回転動作するリング状のテーブル12に複数の栽培容器13を取り付ける手段を設けた実施例である。栽培容器13を搬送するリング状のテーブル12は、パルスモータ90とギアボックス91と回転軸92により回転動作するように構成する。回転動作の制御は、搬送機構制御部10から与えられるパルス信号に応動するパルスモータ90の回転数により制御が可能である。この構成では、モータの制御量とテーブルの回転角度の対応付けが容易であり、制御がしやすいという利点がある。また、ダイレクトドライブモータをパルスモータ90の代わりに用いることが可能であり、その際、テーブルを直接搬送することができ、ギアブックス91は不要となる。この場合も、パルスモータと同様、搬送制御をモータの回転数により制御できる。
In the first embodiment, the transport mechanism 9 is an embodiment in which means for attaching a plurality of
搬送機構9のテーブル12の移動量を検出するために、テーブル12の端面位置に回転量を検出するための検出片11aとこれに対応する位置検出センサ11bを設ける。検出片11aは、図では1つしか示さなかったが、テーブル12の回転量の検出の分解能を上げるために、等間隔で多数設けられる。位置検出センサ11bは検出片11aの通過に対応してパルス出力を出すから、パルス出力を計数すれば、テーブル12の回転量は容易に検出できる。取得した画像から位置移動量を検出するための検出用マーク14を栽培容器13に取り付けている。図3では検出用マーク14を栽培容器13の上下に付けるものとしたが、1つとしても良い。位置検出センサ11bあるいは画像から取得した動作移動量のデータは、データ処理部102へ送られ、テーブル12の回転制御および搬送量の補正制御に用いる。また、動作異常が発生した際、異常の原因がモータなのかテーブルなのかといった原因を特定する際にも、有効である。
In order to detect the amount of movement of the table 12 of the transport mechanism 9, a detection piece 11a for detecting the amount of rotation and a corresponding
図9A−図9Cは、実施例1の栽培容器13の固定方法と位置検出用マーク14の取り付け方法の一例を示す図である。
9A to 9C are diagrams illustrating an example of the method for fixing the
図9Aは実施例1の栽培容器13を固定するリングテーブル12を上面から見た図である。栽培容器13を固定するテーブル12は、厚みのある材質からなる円形のリングテーブルである。リングテーブル12の周片部に栽培容器13の本体部が貫通できる大きさの穴を開け、この穴に栽培容器13を落とし込む構造としている。栽培容器13の上端部には、栽培容器13の本体部より太くされた保持部94が形成されていて、栽培容器13の本体部が貫通できる穴を通過できない。このため、栽培容器13はリングテーブル12に保持される。リングテーブル12には中心部を通る十字に交差した梁99が設けれら、交差部でテーブルを回転させるための駆動シャフト92と固定される。従って、搬送用モータの回転運動は、シャフト92を通して、テーブル12を回転させる。
FIG. 9A is a view of the ring table 12 that fixes the
図9Bは実施例1のリングテーブル12と栽培容器13との関係を取り出して示す図である。この例では、テーブル12は2段構成とされている。栽培容器13の保持部94は本体部より太くされているから、栽培容器13はリングテーブル12にぶら下がるように保持される。その際、図には示さなかったが、栽培容器13とリングテーブル12との相対的な回転が起きないように、上段のリングテーブル12の穴と保持部94とが係合する構造とするのが良い。テーブル12は、リング状であっても、植物の栽培において重要な光を遮らないような材質、例えばアクリル製などの材質にすることが望ましい。もし、テーブルを平板にするときは、光を遮らない材質とすることは不可欠である。テーブル12を2段構成とすると、搬送動作の際に、動作中に栽培容器13が揺れて、回転や左右に振動することを抑止することができるという効果がある。
FIG. 9B is a diagram showing the relationship between the ring table 12 and the
図9Cは実施例1の栽培容器13と位置検出用マーク14とを取り出して示す図である。栽培容器13の上下に位置検出用マーク14を取り付けるのが良い。マーク14の模様は、位置検出の画像処理が容易となるようなマークが有効であり、本実施例では図9Cに示すような模様のマークを用いている。栽培容器13の位置を検出するためのマークの取り付けは、最低一ヶ所あれば検出は可能であるが、図に示したように栽培容器13の上下方向など二ヶ所以上取り付けることで、左右方向・回転方向の位置の誤差を検出することが可能となり、搬送位置の誤差の検出精度の向上に効果がある。また、このマーク14は、装置の構造により、栽培容器13以外にもテーブル12の外周面など搬送機構に直接取りつけることでもよい。
FIG. 9C is a diagram illustrating the
図10A−図10Cは、実施例1の位置検出用検出マークを用いた位置検出方法を説明する図である。 10A to 10C are diagrams illustrating a position detection method using the position detection detection mark according to the first embodiment.
図10Aは実施例1の位置検出用マーク14を取り付けた状態で取得した栽培容器13の画像の例を示す。画像は、左上を原点として、画像の座標を定義する。図10Bは実施例1のテンプレート画像として用意された画像を示す図であり、検出用マーク14と同じ模様の画像である。画像サイズは、取得した画像内の検出用マーク14に合わせたものを用意する。取得した画像とテンプレート画像を用いて、取得した画像内のテンプレート画像の位置の検出を行う。この検出処理は、一般に画像処理で用いられるテンプレートマッチングの方式が有効である。テンプレートマッチングは、取得した画像内のすべての座標について、式(1)の値を算出し、その値の最も大きくなるときの、(x,y)の座標を検出結果として出力する。
FIG. 10A shows an example of an image of the
ここで、h(x,y):マーク検出のための評価係数、x,y:マーク検出する画像内の座標値、i,j:テンプレート画像内の座標値、δ(デルタ):テンプレート画像サイズにより決まる値、W:マーク検出する画像の幅、H:マーク検出する画像の高さを、それぞれ、表す。 Here, h (x, y): evaluation coefficient for mark detection, x, y: coordinate value in image to detect mark, i, j: coordinate value in template image, δ (delta): template image size , W: the width of the image for mark detection, and H: the height of the image for mark detection.
図10Cは実施例1の位置検出用マーク14の検出結果例を示す図である。この場合、二ヶ所のマークが存在し、式(1)で得られる評価係数の上位2ヶ所を検出結果として算出している。
FIG. 10C is a diagram illustrating an example of a detection result of the
図11は、実施例1のデータ処理部102の機能ブロックを示す図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating functional blocks of the
搬送機構移動量検出部11で検出した機構移動量のデータは機構移動量データ入力部1022を介して搬送機構動作量演算部1023に入力される。一方、画像処理部105で検出されたマーク位置座標データは画像検出結果データ入力部1024を介して、搬送機構動作量演算部1023に入力され、さらに搬送機構動作量履歴一時記憶部1025に記憶される。また、搬送機構の標準動作データ量は、搬送機構標準動作量記憶部1026に記憶しておく。搬送動作後、搬送機構移動量検出部11で検出した機構移動量のデータと画像検出結果をもとに、正しい搬送位置に静止するために必要な動作量の補正値を搬送機構動作量演算部1023で算出する。算出した結果は、搬送機構の標準動作データとの差分を補正し、機器制御量出力1020を通して、画像取得動作管理部101に出力する。
データ入力部1022および1024から入力したデータから、搬送動作量を演算した結果が、無限大値などの搬送動作が不可能な値になってしまう場合、搬送動作の動作異常と判定を行い、動作異常アラーム出力1021を通して、表示装置4を通じて、異常が発生したとの表示や警報を行う。このときは、当然、操作はロックされる。
The mechanism movement amount data detected by the conveyance mechanism movement
When the result of calculating the transport operation amount from the data input from the
図12A−図12Cは、実施例1の検出部、画像処理部から検出するデータの例を示す図である。 12A to 12C are diagrams illustrating examples of data detected from the detection unit and the image processing unit according to the first embodiment.
図12Aは実施例1の搬送機構移動量検出部11などから得られる機器移動量データテーブルの例を示した図である。この図12Aにあるように、実際に動作した日時と動作時に指示したモータの指示値とその結果実際にテーブルが移動したテーブル移動量といったデータを記憶しておく。このように、機器制御量出力1020から送信する搬送の指示量と実際の搬送量の対応をつけた記憶を活用し、搬送量の補正値の算出や、搬送がうまくいかないなどのトラブル発生時に原因を特定する際の情報として活用することができるという効果がある。
FIG. 12A is a diagram illustrating an example of a device movement amount data table obtained from the conveyance mechanism movement
図12Bは検出したマークの中心座標について示す図である。座標値は、画像の左上を原点とした座標系での座標値を示す。 FIG. 12B is a diagram illustrating the center coordinates of the detected mark. The coordinate value indicates a coordinate value in a coordinate system with the origin at the upper left of the image.
図12Cは検出した座標の時系列の変位量について示す図である。図12Bで示す座標値を元に、変位量を式(2)により変位量を求める。 FIG. 12C is a diagram illustrating a time-series displacement amount of the detected coordinates. Based on the coordinate values shown in FIG. 12B, the amount of displacement is determined by equation (2).
ここで、i:対象となる画像の画像取得を始めてからのトータル回数、δi(デルタ):i番目の画像の変位量、xi,yi:対象となる画像内の座標値、x,y0:i=0の画像のマーク検出結果の座標値、をそれぞれ、表す。 Here, i: total number of times since the start of image acquisition of the target image, δi (delta): displacement amount of the i-th image, xi, yi: coordinate values in the target image, x, y0: i = 0 represents the coordinate value of the mark detection result of the image of 0.
その結果、搬送機構の動作誤差による画像のずれの時系列変化を図12Cに示すグラフのような結果として得られる。この結果、搬送機構の動作精度の許容範囲にあるかどうかを判定することが可能となる。 As a result, a time-series change of the image shift due to the operation error of the transport mechanism is obtained as a result as shown in the graph of FIG. 12C. As a result, it is possible to determine whether or not the operation accuracy of the transport mechanism is within an allowable range.
以上のように動作状態の記憶を行うことで、装置異常の検出や、最適な補正値の算出に役立てることができるという効果がある。 By storing the operation state as described above, there is an effect that it can be used for detecting an apparatus abnormality and calculating an optimum correction value.
図13A、図13Bは、実施例1のデータ処理部102の一時記憶データの例について示す図である。
13A and 13B are diagrams illustrating an example of temporary storage data of the
図13Aは、実施例1の搬送機構動作履歴一時記憶部1025のデータテーブルの例を示す図である。このデータは、図12A、図12Bで説明したデータを時系列の順番に記憶したテーブルである。その際、一回の搬送動作におけるデータ、すなわち、モータ動作量、テーブル移動量および動作後に検出したマークの位置をすべて記憶するものである。
FIG. 13A is a diagram illustrating an example of a data table in the transport mechanism operation history
図13Bは、実施例1の搬送機構標準動作量記憶部1026のデータテーブルの例を示す図である。ここに記憶するデータは、装置の搬送動作すべてについて、装置の搬送機構の制御量や、搬送した結果の検出データの理想値を記憶している。このデータを基準として、搬送の制御を行う。なお、このデータは装置ごとに決まり、装置の動作開始前に記憶しておく必要がある。搬送動作量は、標準値として、この記憶部の値だけ制御を行い、動作後の検出データとこの記憶部の値を比較し、その値が異なった場合、その差が搬送誤差を示していることになる。
FIG. 13B is a diagram illustrating an example of a data table in the transport mechanism standard operation
なお、マーク検出位置の誤差としてあらわれている変位量と搬送量の対応は、装置に使われる駆動部の動作量と対応をとり決まってくる。この対応は、搬送機構の設計時や装置くみあげ後にテスト動作(モータの動作量と移動量と画像のマーク検出動作)を行い、取得することも可能である。 It should be noted that the correspondence between the displacement amount and the transport amount that appear as errors in the mark detection position is determined by the operation amount of the drive unit used in the apparatus. This correspondence can also be acquired by performing a test operation (motor operation amount and movement amount and image mark detection operation) at the time of designing the transport mechanism or after pumping up the apparatus.
図14A、図14Bは、実施例1の画像情報記憶部106と解析結果記憶部3の記憶データのデータテーブルの例を示す図である。
14A and 14B are diagrams illustrating examples of data tables of stored data in the image
図14Aは、実施例1の画像情報記憶部106のデータの例を示す図である。この表に示すように、栽培容器ごとに通し番号(サンプルNo.)を設け、サンプルNo.ごとに管理を行う。取得した画像ごとに画像取得した日時とそのときの環境条件(温度、湿度など)を記憶しておくと、成育解析の情報に有効である。
FIG. 14A is a diagram illustrating an example of data in the image
図14Bは、実施例1の解析結果記憶部3のデータの例を示す図である。この表に示すように、図14Aで保存した画像情報から得られる解析データ(対象物の葉や根などの長さ、角度)を追加したデータとする。この結果、成育の画像と解析データを合わせて管理を行うことで、画像を見ながら成育の数値データを評価することが可能となり、解析作業を効率よく行うことができるという利点がある。
FIG. 14B is a diagram illustrating an example of data in the analysis
図15A、図15Bは実施例1の画像解析部2における画像解析処理部201における処理の例および画像解析処理部201の出力を受けた画像表示制御部202の機能ブロックを示す図である。
15A and 15B are diagrams illustrating an example of processing in the image
図15Aは実施例1の取得した画像列を用いた疑似動画表示による解析処理のフローを示す図である。疑似動画表示は、図に示したように、取得した画像20を時系列に並べ、表示装置に逐次表示を行う処理である。このように、取得した画像を動画表示することで、植物のようなゆっくりした変化を、人が認識できるような変化速度の変化として表示でき、変化の解析への効果が得られる。図15Bは、実施例1の疑似動画を行うことを実現する表示制御部202の機能ブロックを示す図である。取得した画像を順次画像読込部2025にて読み出しを行い、一時記憶第0メモリ2024と一時記憶第1メモリ2023に交互に画像データを展開する。展開した画像データは、表示用画像メモリ2022に交互に転送し、表示装置インタフェース2021を通して、表示装置4へと表示する。このように2つの一時画像メモリを用いることで、ちらつきのない表示が可能である。以上の一連の処理は、表示制御部2020で処理を行う。
FIG. 15A is a diagram illustrating a flow of analysis processing by pseudo moving image display using the image sequence acquired in the first embodiment. The pseudo moving image display is a process of arranging the acquired
図16A−図16Cは実施例1の画像解析処理部201の成育速度計測を説明する図である。取得した画像列を用いた解析手法の別の例として、先端部検出による成長速度計測の例を示す。
FIGS. 16A to 16C are diagrams illustrating the growth rate measurement of the image
図16Aは実施例1の植物体の先端部の検出についてのフローを示す図である。図に示すように、画像取得開始時から取得した画像すべてについて、植物体の成長先端部の検出を行う。取得した先端部の座標の実験開始時からの変位量を上述した式(2)と同じ演算式にて算出する。 FIG. 16A is a diagram illustrating a flow of detection of a tip portion of a plant body of Example 1. As shown in the figure, the growth tip of the plant body is detected for all images acquired from the start of image acquisition. The amount of displacement of the acquired coordinates of the tip from the start of the experiment is calculated using the same arithmetic expression as the above-described expression (2).
図16Bは、図16Aの処理による植物体の成長先端部の検出結果のグラフ表示を示す図である。このように、成育の形状の変化を、見た目だけでは評価することが難しい微小な形状の変化を、連続的な数値データとして表現することで、成育過程における形状の変化を定量的に評価することができ、多数の植物体の成育の違いを定量的に比較できるという効果が得られる。 FIG. 16B is a diagram showing a graph display of the detection result of the growth tip of the plant body by the process of FIG. 16A. In this way, quantitative changes in the shape of the growth process can be evaluated by expressing the minute changes in the shape of the growth as continuous numerical data, which is difficult to evaluate with the appearance alone. And the effect that the difference in the growth of a large number of plants can be compared quantitatively is obtained.
図16Cは植物体の成長先端部の成育速度比較を行った例を示す図である。このグラフでは、図16Bで示した計測結果を、2つの植物体について解析した例を示している。この例のように、最終的な長さがほぼ一致する植物体Aと植物体Bでも、その成育過程において、異なる変化をしている植物体であるということを読み取ることができる。このように、複数個体の植物体の画像取得とその解析の結果からこのような結果が得られるという効果がある。 FIG. 16C is a diagram showing an example in which the growth rate of the growth tip of the plant body was compared. This graph shows an example in which the measurement results shown in FIG. 16B are analyzed for two plants. As in this example, it can be read that plant A and plant B, whose final lengths are almost the same, are different in the growth process. Thus, there is an effect that such a result can be obtained from the results of image acquisition and analysis of a plurality of plant bodies.
図17は、本発明のシステムの応用動作として、栽培容器の据え付け時の据え付け状態の自動チェック機能処理フローについて示す図である。 FIG. 17 is a diagram showing an automatic check function processing flow of the installation state when the cultivation container is installed as an application operation of the system of the present invention.
栽培容器13が搬送機構9にしっかりと据え付られていることが、カメラ15と被観察植物体の物理的な位置精度を保つために重要なことである。そのため、栽培容器13が搬送機構9にしっかりと取り付けられているかを、取り付け時にチェックし、きちんと固定されていることを確認することが望ましい。そのための確認動作処理を提案する。栽培容器取り付けを行い(S401)、その後、据え付け確認用動作シーケンスを実行する(S402)。この動作は、通常より動作速度を早くする、動作・停止を繰り返す、意図的に揺らすなどの動作をさせることが望ましい。
It is important that the
こうした動作を行った後、通常の撮影動作をn回(n>1)実行する(S403)。撮影したn回分の画像中のマーク座標を検出し(S404)、座標値の変位を求める(S405)。求めた変位が、撮影動作の許容範囲かどうかを判定(S405)する。許容範囲の設定は、目的とする解析の計測精度に合わせて決める。以上の結果、判定が不合格の場合、再度据え付け状態を確認し、再度チェックを行い、判定結果が合格するまで、繰り返す。以上のように、取得する画像を用いて据え付け状態のチェックを行うため、すべての動作誤差要因のチェックを行うことができるという効果が得られる。 After performing such an operation, a normal photographing operation is executed n times (n> 1) (S403). The mark coordinates in the captured n images are detected (S404), and the displacement of the coordinate values is obtained (S405). It is determined whether the obtained displacement is within the allowable range for the photographing operation (S405). The allowable range is set according to the measurement accuracy of the target analysis. As a result, if the determination is unsuccessful, the installation state is confirmed again, the check is performed again, and the process is repeated until the determination result passes. As described above, since the installation state is checked using the acquired image, it is possible to check all the operating error factors.
(実施例2)
これまでは、試験管内で成育するような小さな植物体による実施例を記載してきたが、実際には、植物体は大きなものでは1m以上に成育するようなものもある。本発明は、こうした植物体の解析装置への応用も可能である。植物体が大きいものの場合、成育の形状変化量が大きいため、多数のサンプルの成育の画像を取得するためには、栽培するスペースの確保が課題となる。
(Example 2)
Until now, although the example by the small plant body which grows in a test tube was described, in fact, the plant body grows to 1 m or more in a big thing. The present invention can be applied to such a plant body analyzing apparatus. In the case of a large plant body, since the amount of change in the shape of growth is large, securing a space for cultivation becomes a problem in order to acquire growth images of a large number of samples.
図18は本発明の装置を大きな植物体に適用した実施例2のシステムの概略図を示す図である。実施例2のシステムの概略図を示す図3と同じ構成要素については同じ参照符号を付した。図18を図3と対比して明らかなように、実施例2でも、搬送機構9により、栽培容器13を、矢印に示すように、搬送方向に向かって搬送を行い、カメラ15の前で画像取得を行う構成と言う点では違いがない。なお、30は植物体の育成室を示す。
FIG. 18 is a diagram showing a schematic diagram of a system of Example 2 in which the apparatus of the present invention is applied to a large plant body. The same components as those in FIG. 3 showing the schematic diagram of the system of the second embodiment are denoted by the same reference numerals. As is clear by comparing FIG. 18 with FIG. 3, also in Example 2, the
図18では、栽培容器13および植物が大きくて重いから、連動する二つの搬送機構9の上に載せられたテーブル93の上に栽培容器13が載置されて、搬送されるものとする。カメラ15はテーブル93に対して、ステージ31の上で前後に移動することができるものとする。この構成は、光学機器で用いられている可動式ステージと同様に実現することができる。
In FIG. 18, since the
図18の構成での栽培容器13の搬送制御は、実施例1における栽培容器13の搬送機構と同等のもので実施可能である。ステージ31の上のカメラ15の搬送機構を追加した場合の制御は、図5Aで説明したシーケンス動作順記憶部1014と図11で説明した搬送機構標準動作量記憶部1026のデータに、カメラ15の搬送に関するデータを追加して記憶させることで実現が可能である。このような画像取得装置に搬送機構を取り付けることで、画像取得時の画像取得範囲の設定を画像取得時ごとにステージ31により制御が可能となる。従って、対象となる栽培容器の大きさや画像取得の対象となる生体の大きさによって、個々に最適な位置での画像取得が可能となる効果が得られ、解析の精度を高めることができるという効果が得られる。なお、実施例2の全体のシステム構成は図1に示したものでよい。
The conveyance control of the
(実施例3)
図19A−図19Cは、図18に示す実施例2と基本的に類似の構成を取るが、栽培容器13が載置されているテーブル93は動かないものとして、栽培容器13を保持している栽培容器固定手段94自体が自走するための駆動部を持つ構成とした実施例3を説明する図である。
(Example 3)
19A to 19C have basically the same configuration as that of the second embodiment shown in FIG. 18, but hold the
図19Aは、実施例3の栽培容器13、栽培容器固定手段94およびテーブル93に着目した搬送機構を示す図である。25はモノレールであり、テーブル93の面上の中央部に敷設される。栽培容器固定手段94は栽培容器13を載置した状態でモノレール25でガイドされて一定の姿勢を保って、駆動部の動力により自走して栽培容器13の搬送を行う。
FIG. 19A is a diagram illustrating a transport mechanism focusing on the
図19Bは、実施例3の栽培容器固定手段94の一例の詳細を示す図である。栽培容器固定手段94は台車37を備える。台車37は、その上面に栽培容器13を載置したとき、台車37との関係位置が所定の状態となるように、周辺に立ち上がり部を備えて、これで栽培容器13を固定的に保持するものとする。一方、台車37は、下面に自走するための駆動輪26とモノレール25と係合するためのガイド27を備える。さらに、駆動輪26の1つを回転させるための駆動用モータ96が設けられている。このモータ96は、実施例1で説明したように、パルスモータやダイレクトドライブモータなど、動作量を指示することができるものとして搬送量の制御ができるようにすることが望ましい。また、駆動輪26の他の1つに台車37が動いた量を検出するための台車移動量検出手段98を取り付ける。この検出手段は、自動車や自転車などで使われている、走行距離や速度を計測するような手段で実現できるものである。駆動輪26の両方をモータ96でドライブして、台車37が動いた量を検出するための台車移動量検出手段98は、モータ96の軸に取り付けるものとしても良い。95は台車移動制御部であり、搬送機構制御部10から台車の移動量に関する信号を無線通信で受領するものとする。また、台車移動量検出手段98の検出した台車移動量に関する信号を無線通信でデータ処理部102に送信するものとする。なお、モータ96の動力は、図示しないが、台車37の一部に実装されているバッテリーにより供給されるものとする
図19Cは、実施例3の台車移動制御部95の一例の詳細を示す図である。台車移動制御部95は搬送機構制御部10およびデータ処理部102との間の信号授受を制御するための制御部との通信手段97を備え、搬送機構制御部10から受信した信号を制御回路部41を介して駆動用モータ96に送る。また、台車移動量検出手段98の検出した台車移動量に関する信号を制御回路部41を介してデータ処理部102に送る。なお、この通信は、有線による方式でも可能であるが、搬送中のケーブルのたわみなどによるトラブルを避けるため、無線通信方式による実現が望ましい。
FIG. 19B is a diagram illustrating details of an example of the cultivation container fixing means 94 of the third embodiment. The cultivation container fixing means 94 includes a
実施例3では、搬送機構が自走可能な台車によるものとした他は図3で説明した実施例1、2と同じである。したがって、実施例3の全体のシステム構成は図1に示したものでよい。 The third embodiment is the same as the first and second embodiments described with reference to FIG. 3 except that the transport mechanism is a self-propelled carriage. Therefore, the overall system configuration of the third embodiment may be the one shown in FIG.
実施例3でも、したがって、栽培容器13は、モノレール25にガイドされて、一定の姿勢を維持してカメラ15と対向できるように、テーブル93上の任意の位置に移動することができる。すなわち、搬送動作の位置を細かく指示しながら搬送動作をさせることができる。さらに、栽培容器ごとに搬送量を制御することができ、さまざまな形状の容器、成長段階の異なる被観察植物を同じテーブル上に設置した場合の画像取得を実現するという効果が得られる。
Also in Example 3, therefore, the
図20A、図20Bは実施例3の搬送機構制御の具体例を説明する図である。図19A−Cで説明したとおり、実施例3では栽培容器13はテーブル93上の任意の位置へ搬送することが可能である。従って、カメラ15の決まった位置に対向して停止するための検出が必要となる。
20A and 20B are diagrams illustrating a specific example of the transport mechanism control according to the third embodiment. As described with reference to FIGS. 19A to 19C, in Example 3, the
図20Aは実施例3の成長段階の異なる栽培容器13の被観察植物をテーブル93上で矢印方向に搬送している状態を示す図である。この動作は、図7で説明した動作フローに従い、栽培容器13ごとに動作を行う。また、栽培容器13には、位置検出用マーク14を取り付けている。ここで一点鎖線で囲って示す領域35がカメラ15に正しく対向する位置であり、画像取得可能な領域を意味する。位置検出用マーク14の位置検出を行いながら画像取得可能な領域35に栽培容器13が正しく停止するまで、搬送動作を行う。
FIG. 20A is a diagram illustrating a state in which plants to be observed in the
図20Bは、図20Aの状態から、着目している栽培容器13が画像取得可能な領域35に近接した状態とその後の制御結果をいっしょに示した図である。この例では、図20Aに表れている栽培容器13が同時に矢印方向に搬送されている状態で、着目している栽培容器13が画像取得可能な領域35に接近したことが位置検出用マーク14の位置検出で検知されたとき、他の栽培容器13の搬送を停止して、着目している栽培容器13のみを画像取得可能な領域35まで移動させた例が示されている。
FIG. 20B is a diagram showing together the state in which the
着目している栽培容器13が、他の栽培容器13と密着した状態で搬送されているなら、着目している栽培容器13のみを画像取得可能な領域35に到達した状態で、両側の栽培容器13が画像取得領域35の外に出るように、両側の栽培容器13を移動させる。このように、補正動作を行うことで、着目している栽培容器13のみが画像取得可能な領域35の中心で静止し、隣同士の植物体が画像取得時に像に移らないようにすることが可能となる効果がある。制御を簡便にするには、着目している栽培容器13の進行方向側に常時スペースが残されているように、搬送のスケジュール化を計るのが良い。すなわち、図20Bの例で見れば、着目している栽培容器13の画像取得が終わったら、この栽培容器13を、まず、進行方向側に移した後に、全体の搬送をさせることにすれば良い。
If the
図21A、図21Bは、被観察植物が幼苗に近い状態から成長が進んだ状態まで、同じ栽培容器13で育成されているときの実施例3による搬送動作を説明する図であり、図21Aでは被観察植物が幼苗に近い状態での搬送動作を、図21Bでは被観察植物の成長が進んだ状態での搬送動作を、それぞれ示す。図は、搬送テーブル93を上部から見ている状態を示している。図21Aでは栽培容器13は、密接してテーブル93上に配置しても良い。図21Bでは、被観察植物の葉が茂り、隣の栽培容器13の植物の生育を阻害する可能性があるので、適当に離してテーブル93上に配置することが必要である。
FIG. 21A and FIG. 21B are diagrams for explaining the transport operation according to Example 3 when the plant to be observed is grown in the
実施例3では、個々の栽培容器13を独立して移動させることができるから、当初から、被観察植物の成長段階を考慮した数だけ配列しておけば、栽培容器13を成長に合わせて減らしていくような作業は不要となる。さらに、図21Bに示すように、カメラ15に、栽培容器13が対向したとき、図20Bのように、画像取得領域35に、1つの栽培容器13のみが入るだけの余裕があれば良いから、高密度での育成が可能となる。
In Example 3, since each
実施例3では、当初から、隣り合う栽培容器13の植物体が画像取得領域35に入らないように配慮する必要がない。テーブル93上の栽培容器13すべての画像取得にかかる時間を短縮するためには、搬送にかかる時間の短縮が必要であるので、栽培容器13を詰めて画像取得後の搬送量を減らし、搬送時間を短縮することが有効である。その結果、図20Bに示したように、位置検出用マーク14の位置検出によって、着目している栽培容器13のみを画像取得可能な領域35まで移動させた場合に、隣り合う栽培容器13の植物体の画像の一部が領域35に入っている可能性がある。
In Example 3, it is not necessary to consider that the plant body of the
図22Aは隣り合う栽培容器13の植物体の画像の一部が領域35に入って状態で画像取得をする例を示す図である。図22Aの左側に示すように、着目している栽培容器13の位置検出用マーク14が領域35と所定の関係であることが検出できた状態で画像取得をする。その結果、図22Aの右側に示すように、取得画像には、隣り合う栽培容器13の植物体の茂った葉の一部が含まれることになる。
FIG. 22A is a diagram illustrating an example of acquiring an image in a state where a part of the image of the plant body of the
図22Bは、隣り合う栽培容器13の植物体の茂った葉の一部が含まれるような状態を検出するための判定処理の一例を説明する図である。図22A右側に示す取得画像の境界部の輝度値を参照することで、隣り合う植物体が含まれたか否かの判定を行う。図に示すように、取得画像の境界部のx軸、y軸のそれぞれについて、境界上の輝度値の変化をプロットする。その結果、境界上に画像の要素が無ければ輝度値は零、画像の要素が有れば輝度値はあるレベル以上となる。したがって、輝度値の検知の閾値をLとして判定し、Lを越える輝度値が検出されたとき、隣り合う栽培容器13の植物体の茂った葉の一部が含まれると判定する。輝度値の検出を取得画像の境界部の両側について、それぞれ、行うものとすれば、判定結果に応じて、進行方向側の栽培容器13のみの搬送を進め、あるいは、進行方向と反対側の栽培容器13を逆方向に搬送し、あるいは、両方の搬送制御をすることにより、隣り合う栽培容器13の植物体の茂った葉の一部が含まれることの無い画像を取得することができる。その結果、搬送にかかる時間を短縮しながら、常に一定の植物体の画像を取得することができるという効果が得られ、形状計測の際の計測精度の向上に効果が得られる。なお、像検出の判定値は、画像取得の照明条件などの環境に左右されるため、事前のテスト動作にて、決定することが望ましい。このように、隣り合う植物体の判定を行いながら、画像取得を行うことで、常に対象の植物体のみの画像取得が行える効果が得られる。
FIG. 22B is a diagram for explaining an example of a determination process for detecting a state in which a part of a planted leaf of
なお、上述したいずれの実施例においても、栽培容器13を特定するためのIDを付すことについては言及しなかったが、位置検出用マーク14の上または下、あるいは、左または右に併設した形でIDのための表示を付すことにしても良い。そうすれば、栽培容器13に関する情報を位置マークに関する情報に合わせて取得することができるので、管理上有用である。
In any of the above-described embodiments, the ID for specifying the
以上により、植物の成育過程における成育の変化の画像を、搬送機構の動作誤差から起因する計測誤差を高精度に抑え、多数の植物体についても同様に成育の比較と成育解析を高精度に実現するためのシステムを提供することができる。さらに、取得した多数の植物体の成育画像を効率よく成育解析を実現する手段を提供することができる。 As described above, images of growth changes in the growth process of plants are controlled with high accuracy from measurement errors caused by operation errors of the transport mechanism, and growth comparison and growth analysis are also achieved with high accuracy for a large number of plants. A system can be provided. Furthermore, it is possible to provide means for efficiently realizing growth analysis of the acquired growth images of a large number of plants.
本発明における画像取得装置及び解析方法は、画像取得装置の栽培容器に入るものであれば、植物以外の生体の成育の変化や化学物質の合成反応における変化を栽培容器に収め、その時系列の形状変化を解析することにも有効である。例えば、動物や人の臓器、血管や細胞を栽培容器におさめ、成長の様子を本発明の画像取得装置により画像取得し、本発明の解析方法により、画像から血管の成長速度や臓器や細胞の形状変化を解析することに適用できる。また、プラスチックなどの化学合成反応における、生成する形状の変化も同様に適用することができる。 If the image acquisition device and the analysis method in the present invention enter the cultivation container of the image acquisition device, the growth change of living organisms other than plants and the change in the synthesis reaction of chemical substances are stored in the cultivation container, and the time-series shape It is also effective for analyzing changes. For example, an animal or human organ, blood vessel or cell is placed in a cultivation container, and an image of the state of growth is acquired by the image acquisition apparatus of the present invention. Applicable to analyzing shape change. Moreover, the change of the shape to generate | occur | produce in chemical synthesis reactions, such as a plastics, can be applied similarly.
1…画像取得装置制御部、2…取得した画像から成育の様子を解析するための画像解析部、3…成育を解析した結果を記憶する記憶装置、4…成育を解析した結果を表示するための装置、5…植物体の成育を画像に記憶するための画像読取装置、6…画像読取装置の動作を制御するための制御装置、7…撮影のための照明光照射手段、8…照明光照射を制御するための制御装置、9…植物体を搬送するための搬送機構、10…搬送機構を制御するための制御装置、11…搬送機構の動作状態を検出するための検出手段、12…リングテーブル、13…植物体を栽培する栽培容器、14…搬送状態を検出するための位置検出用マーク、20…取得した画像、25…モノレール、26…駆動輪、27…ガイド、30…植物体を栽培する部屋、31…画像読取部移動ステージ、35…画像取得領域、37…台車、41…制御回路部、90…搬送用モータ、91…ギアボックス、92…シャフト、93…搬送テーブル、94…栽培用容器の固定手段、95…台車移動制御部、96…栽培容器固定手段の駆動用モータ、97…搬送機構制御部との通信手段用アンテナ、98…台車移動量検出部。
DESCRIPTION OF
Claims (19)
前記複数の容器を所定の閉じたルート上を、所定の位置関係を保持して搬送するための搬送手段と、
前記複数の容器にある被観察体と前記位置検出用のマークを電子的な画像情報として出力する画像取得手段と、
前記画像取得手段にて取得した画像を処理する手段と、
前記画像を処理する手段による処理結果を一時的に保存する第1の記憶手段と、
前記一時的に保存された結果のうちの前記位置検出用のマークの画像と、予め準備された前記位置検出用のマークに対応するテンプレート画像とを基に、前記容器の搬送量の適否を評価して、否と判定されたときは前記容器の位置を修正するための搬送量の制御を行う手段を備え、
修正後の容器の位置で再度前記画像取得手段にて前記複数の容器にある被観察体の電子的な画像情報を取得するとともに、再度取得された画像情報および前記容器の搬送量の適否が適と判定されたときの画像情報を保存する第2の記憶手段を備えることを特徴とする被観察体の成育解析システム。 A plurality of containers for growing an object to be observed with a mark for position detection attached to the side of the container;
Transport means for transporting the plurality of containers on a predetermined closed route while maintaining a predetermined positional relationship ;
An image acquisition means for outputting the object to be observed in the plurality of containers and the position detection mark as electronic image information;
Means for processing the image acquired by the image acquisition means;
First storage means for temporarily storing a processing result by the means for processing the image;
Based on the image of the position detection mark in the temporarily stored result and the template image corresponding to the position detection mark prepared in advance , the suitability of the transport amount of the container is evaluated. When it is determined as no, it comprises means for controlling the transport amount for correcting the position of the container,
The electronic image information of the object to be observed in the plurality of containers is acquired again by the image acquisition unit at the corrected container position, and the suitability of the acquired image information and the transport amount of the container is appropriate. A growth analysis system for an object to be observed, comprising: second storage means for storing image information when it is determined that.
前記画像取得手段で取得した前記画像を画像処理した結果の前記位置検出用のマークの画像と、予め準備された前記位置検出用のマークに対応するテンプレート画像とを基に、前記容器の搬送手段の動作の適否を評価して、否と判定されたときはその旨の表示あるいは警報を行う手段を備える請求項1記載の被観察体の成育解析システム。 Comprising image acquisition means capable of outputting the operation state of the conveying means for conveying the plurality of containers as electronic image information;
Based on the image of the position detection mark as a result of image processing of the image acquired by the image acquisition means, and a template image corresponding to the position detection mark prepared in advance , the container transport means The growth analysis system for an object to be observed according to claim 1, further comprising means for evaluating the suitability of the operation and displaying a warning or a warning when it is judged as not.
前記複数の容器を所定の閉じたルート上を、所定の位置関係を保持して搬送するための搬送手段と、
前記複数の容器にある被観察体と前記位置検出用のマークを電子的な画像情報として出力するともに前記搬送手段に対する相対位置が可変とされた画像取得手段と、
前記画像取得手段にて取得した画像を処理する手段と、
前記画像を処理する手段による処理結果を一時的に保存する第1の記憶手段と、
前記一時的に保存された結果のうちの前記位置検出用のマークの画像と、予め準備された前記位置検出用のマークに対応するテンプレート画像とを基に、前記容器の搬送量の適否を評価して、否と判定されたときは前記容器の位置を修正するための搬送量の制御を行う手段を備え、
修正後の容器の位置で再度前記画像取得手段にて前記複数の容器にある被観察体の電子的な画像情報を取得するとともに、再度取得された画像情報および前記容器の搬送量の適否が適と判定されたときの画像情報を保存する第2の記憶手段を備えることを特徴とする被観察体の成育解析システム。 A plurality of containers for growing an object to be observed with a mark for position detection attached to the side of the container;
Transport means for transporting the plurality of containers on a predetermined closed route while maintaining a predetermined positional relationship ;
An image acquisition means for outputting the object to be observed in the plurality of containers and the position detection mark as electronic image information and having a variable relative position to the conveying means;
Means for processing the image acquired by the image acquisition means;
First storage means for temporarily storing a processing result by the means for processing the image;
Based on the image of the position detection mark in the temporarily stored result and the template image corresponding to the position detection mark prepared in advance , the suitability of the transport amount of the container is evaluated. When it is determined as no, it comprises means for controlling the transport amount for correcting the position of the container,
The electronic image information of the object to be observed in the plurality of containers is acquired again by the image acquisition unit at the corrected container position, and the suitability of the acquired image information and the transport amount of the container is appropriate. A growth analysis system for an object to be observed, comprising: second storage means for storing image information when it is determined that.
前記画像取得手段で取得した前記画像を画像処理した結果の前記位置検出用のマークの画像と、予め準備された前記位置検出用のマークに対応するテンプレート画像とを基に、前記容器の搬送手段の動作の適否を評価して、否と判定されたときはその旨の表示あるいは警報を行う手段を備える請求項7記載の被観察体の成育解析システム。 Comprising image acquisition means capable of outputting the operation state of the conveying means for conveying the plurality of containers as electronic image information;
Based on the image of the position detection mark as a result of image processing of the image acquired by the image acquisition means, and a template image corresponding to the position detection mark prepared in advance , the container transport means The system for analyzing growth of an object to be observed according to claim 7, comprising means for evaluating whether or not the movement is appropriate and displaying a warning or a warning when it is determined to be no.
前記複数の容器を個々に積載するとともに自走して所定の閉じたルート上を、所定の位置関係を保持して搬送するための複数の搬送手段と、
前記複数の容器にある被観察体と前記位置検出用のマークを電子的な画像情報として出力する画像取得手段と、
前記画像取得手段にて取得した画像を処理する手段と、
前記画像を処理する手段による処理結果を一時的に保存する第1の記憶手段と、
前記一時的に保存された結果のうちの前記位置検出用のマークの画像と、予め準備された前記位置検出用のマークに対応するテンプレート画像とを基に、前記容器の搬送量の適否を評価して、否と判定されたときは前記容器の位置を修正するための搬送量の制御を行う手段を備え、
修正後の容器の位置で再度前記画像取得手段にて前記複数の容器にある被観察体の電子的な画像情報を取得するとともに、再度取得された画像情報および前記容器の搬送量の適否が適と判定されたときの画像情報を保存する第2の記憶手段を備えることを特徴とする被観察体の成育解析システム。 A plurality of containers for growing an object to be observed with a mark for position detection attached to the side of the container;
A plurality of conveying means for individually loading and conveying the plurality of containers and conveying on a predetermined closed route while maintaining a predetermined positional relationship ;
An image acquisition means for outputting the object to be observed in the plurality of containers and the position detection mark as electronic image information;
Means for processing the image acquired by the image acquisition means;
First storage means for temporarily storing a processing result by the means for processing the image;
Based on the image of the position detection mark in the temporarily stored result and the template image corresponding to the position detection mark prepared in advance , the suitability of the transport amount of the container is evaluated. When it is determined as no, it comprises means for controlling the transport amount for correcting the position of the container,
The electronic image information of the object to be observed in the plurality of containers is acquired again by the image acquisition unit at the corrected container position, and the suitability of the acquired image information and the transport amount of the container is appropriate. A growth analysis system for an object to be observed, comprising: second storage means for storing image information when it is determined that.
前記画像取得手段で取得した前記画像を画像処理した結果を基に、前記容器の搬送手段の動作の適否を評価して、否と判定されたときはその旨の表示あるいは警報を行う手段を備える請求項13記載の被観察体の成育解析システム。 Comprising image acquisition means capable of outputting the operation state of the conveying means for conveying the plurality of containers as electronic image information;
Based on the result of image processing of the image acquired by the image acquisition unit, the suitability of the operation of the container transfer unit is evaluated, and when it is determined to be no, a unit that displays or alerts to that effect is provided. The growth analysis system for an object to be observed according to claim 13.
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